JPH10158843A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質の均一性が向上し、また、生産性も向上
する気相成長装置を提供する。 【解決手段】 １台のガス供給装置１、ガス分配手段３
および複数の反応炉２ａ、２ｂ、２ｃを有し、ガス分配
手段３は均圧室３０と、前記均圧室３０のガス流出側に
設けたニードルバルブ３１ａ〜３１ｃとマスフローメー
タ３２ａ〜３２ｃとからなる流量調整手段とを有し、ガ
ス供給装置１から供給される原料ガスはガス分配手段３
で所定の割合に分配されて各反応炉２ａ、２ｂ、２ｃに
供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に薄膜を成
長させる気相成長装着に関し、特に生産性を向上させた
気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に気相成長により薄膜を成長させ
る気相成長装着については、生産性を向上させるため
に、次のような手段が講じられている。即ち、 １）気相成長装置の反応炉を大型化して、反応炉に収容
する基板の枚数を増やす。 ２）気相成長装置を複数の反応炉と一台のガス供給装置
で構成し、一台の反応炉で成長中に、他の反応炉におい
て次の成長の準備をし、成長の段替え時間を短縮する。 ３）気相成長装置を複数の反応炉と、反応炉と同数のガ
ス供給装置で構成する。この場合、基板の搬送装着やハ
ンドリング装置は各ガス供給装置に対して共有化して、
設備費用を低減する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
気相成長装置には、以下のような問題があった。先ず、
第１の装置では、多数の半導体基板を収容して、半導体
基板上に半導体膜を積層する場合に、各基板相互の膜厚
やキャリア濃度の均一性に対する最近の厳しい要求に対
応することが困難になった。また、第２の装置では、第
３の装置に比較して設備費用に関してはメリットがあ
り、また、反応炉が比較的に大型で、基板を気相成長時
の高温から冷却して、反応炉から取り出すのに時間を要
する場合には、生産性に関して効果がある。しかしなが
ら、反応炉が小型で、気相成長後に基板を冷却して取り
出すまでに要する時間が短い場合には、生産性に関して
あまり効果がない。さらに、第３の装置では、第２の装
置に比較して設備費用がかかる。本発明は、高品質な薄
膜の成長を行うことができ、かつ、生産性が向上する気
相成長装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、ガス供給装置と、前記ガス供
給装置から供給されるガスを所定の割合に分配するガス
分配手段と、前記ガス分配手段から供給されるガスが反
応して気相成長する基板を収納する複数の反応炉を有す
ることを特徴とする気相成長装置である。

【０００５】本発明によれば、原料ガスはガス分配手段
で所定の割合に分配されて各反応炉に供給されるので、
１台のガス供給装置で複数の反応炉に同時に原料ガスを
供給し、気相成長を行うことができ、生産性が向上す
る。また、反応炉内での品質の均一性をよくするため
に、反応炉を適切な大きさに抑えても、生産性が損なわ
れることはない。

【０００６】上記ガス分配手段は例えば、均圧室と、前
記均圧室と各反応炉の間に設けられた流量調整手段で構
成することができる。ここで、均圧室とは、所望の容積
を有するタンクであって、一個のガス流入口と、各反応
炉に対応する複数のガス流出口を有するもので、ガス供
給装置から供給されたガスを一旦溜めて、流入するガス
の流量、圧力の変動を緩和する。このガス分配手段は、
均圧室でガス供給装置から供給された原料ガスの流量、
圧力の変動を緩和し、均圧室から流出した原料ガスの流
量を流量調整手段で調整して、各反応炉に原料ガスを所
望の流量で分配する。

【０００７】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）以下、図面に基づいて本発明の実施の形
態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる気相成長
装置の一実施形態の説明図である。本実施形態の気相成
長装置は、１台のガス供給装置１、ガス分配手段３、３
台の同一サイズの反応炉２ａ、２ｂ、２ｃおよび排気装
置４とから構成されている。ガス分配手段３は、均圧室
３０、均圧室３０のガス流出口側に設けられたニードル
バルブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、およびニードルバルブ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃと各反応炉２ａ、２ｂ、２ｃの
間に配置されたマスフローメータ３２ａ、３２ｂ、３２
ｃよりなる。ニードルバルブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ
と、マスフローメータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃで反応炉
２ａ、２ｂ、２ｃに供給するガスの流量を調整する。ま
た、本実施形態では、反応炉２ａ、２ｂ、２ｃ内をガス
分配手段３側よりも低圧に減圧するため、ガス分配手段
３と各反応炉２ａ、２ｂ、２ｃとの間に差圧発生手段と
してニ−ドルバルブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃを設ける。

【０００８】本気相成長装置は次のように作動する。即
ち、 １）先ず、ガス供給装置１からメインライン１０に供給
されるキャリアガスおよび原料ガスの混合ガスが安定状
態になるまで、バルブ２０を閉じ、バルブ２１、２５を
開けて、混合ガスをベントライン１３を通して排気装置
４で排気する。この間、バルブ２３を閉じ、バルブ２
２、２４を開けて、パージガスをガス供給装置１からパ
ージライン１１によりガス分配手段３に導き、そこで均
等に分配して、分配ライン１２を通して３つの反応炉２
ａ、２ｂ、２ｃに分配する。パージガスの均等分配は以
下のようにして行う。即ち、パージライン１１を流れる
パージガスの流量は、先ず、この流量が略３等分される
ように各ニードルバルブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの開度
をセットし、その後、３個のマスフローメータ３２ａ、
３２ｂ、３２ｃの示す値が等しくなるように各ニードル
バルブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの開度を微調整する。 ２）次いで、混合ガスが安定した状態になった時点で、
バルブ２１を閉じ、バルブ２０を開けて、混合ガスをガ
ス分配手段３に供給する。それと同時に、バルブ２２を
閉じ、バルブ２３を開けて、パージガスをベントライン
１３を通して逃がす。ガス分配手段３で均等に分配され
た混合ガスは、前記ニ−ドルバルブ３３ａ、３３ｂ、３
３ｃで差圧を持たせた後、分配ライン１２を通って反応
炉２ａ、２ｂ、２ｃに導入される。反応炉２ａ、２ｂ、
２ｃ内の加熱されたサセプタ上の基板（図示されず）に
半導体膜を堆積させた後の混合ガスと反応炉内で反応し
た反応ガス（以下、排気ガスと称す）は、排気装置４で
排気される。この際、各反応炉２ａ、２ｂ、２ｃの圧力
を一定にするために、圧力計６の値が所定の値になるよ
うに、排気量調整装置５（例えば、バタフライバルブ）
で排気量を調整する。排気装置４で排気された排気ガス
は、廃ガス処理装置（図示されず）により処理される。

【０００９】次に、上記気相成長装置を用いて、化合物
半導体膜を積層した例について説明する。反応炉２ａ、
２ｂ、２ｃはバレル型とし、基板の処理量を３インチ
φ、６枚とした。そして、ＧａＡｓ基板に高抵抗のＧａ
Ａｓ、ＡｌＧａＡｓ層をそれぞれ０．６μｍ積層し、次
いで、ＳｉドープのＧａＡｓを０．１μｍ積層した。ま
た、比較例として、従来の大型の反応炉（基板の処理
量：３インチφ、８枚）を用いた気相成長装置で、同様
の半導体膜を積層した。その結果、３台の反応炉２ａ、
２ｂ、２ｃで成長した１バッチ、６×３＝１８枚の基板
の膜厚とキャリア濃度のばらつきはそれぞれ、±１．０
％、±１．４％であった。一方、比較例として作製した
８枚の基板の膜厚とキャリア濃度のばらつきはそれぞ
れ、±１．６％、±１．７％であった。また、膜厚とキ
ャリア濃度の平均値を各成長ランごとに測定したとこ
ろ、成長ラン間のばらつきは、本実施形態では比較例の
値（±１．８％）以内であった。以上の結果から、本実
施形態の気相成長装置で作製することにより、膜厚とキ
ャリア濃度のばらつきは減少し、品質が向上した。な
お、本実施形態における膜厚、キャリア濃度のばらつき
は、基板の幅５ｍｍの外周辺部を除いた範囲内のもので
ある。

【００１０】生産性については、本実施形態では４Ｈ／
サイクルであり、６×３／４＝４．５枚／Ｈとなった。
また、比較例として、従来のガス供給装置が１台、反応
炉（３インチφ、８枚）が２台で構成された気相成長装
置を用い、２台の反応炉を交互に作動させた。この比較
例では５Ｈ／サイクルであり、８×２／５＝３．２枚/
Ｈとなった。従って、本実施形態は比較例に比して１．
４倍の生産性があることになる。

【００１１】（実施形態２）図２は他の実施形態の部分
説明図である。本実施形態は、図１に示した実施形態１
にメインラインを１系統追加し、メインラインを２系統
で構成し、原料ガスを２系統で反応炉に供給した。図２
では、追加したメインライン４０の系統を示し、図１で
説明したメインライン１０については部分的に省略し
た。第１のメインライン１０は常温で液体または固体の
原料（主に３族原料）をバブリングまたは昇華させた混
合ガスを供給する。メインライン１０を流れる混合ガス
は比較的不安定な状態にあるので、メインライン１０は
実施形態１と同様にベントライン３（図１）に接続す
る。なお、メインライン１０に接続する均圧室３０（図
１）には、圧力計（図示せず）を設置して、圧力により
持ち出し量が変わる恐れのある３族の混合ガスの均圧室
３０内における圧力及び圧力変動を検知する。追加した
第２のメインライン４０は常温でガス状の原料ガス（お
もに５族原料とドーパント原料）とキャリアガスを供給
する。このメインライン４０を流れる混合ガスは比較的
安定した状態にある。従って、メインライン４０はベン
トラインに接続せず、また、メインライン４０が接続す
るガス分配手段５０は、均圧室５１とマスフローコント
ローラ５２ａ、５２ｂ、５２ｃのみで構成する。なお、
各マスフローコントローラ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと各
反応炉２ａ、２ｂ、２ｃの間には、第１のメインライン
１０と同様に、減圧して差圧を設けるためのニ−ドルバ
ルブ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆを設ける。メインライン１
０からの分配ライン１２と、メインライン４０からの分
配ライン４１は反応炉２ａ、２ｂ、２ｃの直前で接続し
ており、メインライン１０、４０から供給された混合ガ
スは反応炉２ａ、２ｂ、２ｃの直前で合流して、反応炉
２ａ、２ｂ、２ｃに供給される。

【００１２】次に、ガス供給装置１に４台の反応炉２
ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを接続した気相成長装置を用い
て、化合物半導体膜を積層させた例について説明する。
反応炉２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはパンケーキ型とし、基
板の処理量を一台につき４インチφ、４枚とした。そし
て、ＧａＡｓ基板に高抵抗のＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ層
をそれぞれ０．６μｍ積層し、次いで、ＳｉドープのＧ
ａＡｓを０．１μｍ積層した。また、比較例として、従
来の大型の反応炉（基板の処理量：４インチφ、８枚）
を用いた気相成長装置で、同様の半導体膜を積層した。
その結果、４台の反応炉２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで成長
した１バッチ、４×４＝１６枚の基板の膜厚とキャリア
濃度のばらつきはそれぞれ、±１．２％、±１．５％で
あり、ラン間の膜厚、キャリア濃度のばらつきは±１．
２％以下であった。一方、比較例として作製した８枚の
基板の膜厚、キャリア濃度のばらつきはそれぞれ、＋／
−１．６％、＋／−２．０％であり、ラン間の膜厚、キ
ャリア濃度のばらつきは＋／−１．４〜１．６％であっ
た。なお、本実施形態における膜厚、キャリア濃度のば
らつきは、基板の幅５ｍｍの外周辺部を除いた範囲内の
ものである。以上の結果から、本実施形態の気相成長装
置で作製することにより、膜厚とキャリア濃度のばらつ
きは減少し、品質が向上した。

【００１３】生産性については、本実施形態では３．５
Ｈ／サイクルであり、４×４／３．５＝４．５７枚／Ｈ
であった。一方、比較例として、従来のガス供給装置が
１台、反応炉（４インチφ、８枚）が２台で構成された
気相成長装置を用い、２台の反応炉を交互に作動させ
た。この比較例では５Ｈ／サイクルであり、８×２／５
＝３．２ 枚／Ｈであった。従って、本実施形態では、
生産性が比較例よりも向上したことがわかる。

【００１４】なお、以上の実施形態は、本発明を具体化
した例であって、本願発明の技術的範囲を限定するもの
ではない。例えば、本発明では、反応炉はバレル型、パ
ンケーキ型に限定されることはない。また、本発明は、
半導体基板上に半導体膜を積層する他に、光学膜、パッ
シベーション膜などの機能性薄膜を積層させることもで
きる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、成
長させた薄膜の品質の均一性が向上し、また、生産性も
向上するという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る気相成長装置の一実施形態の説明
図である。

【図２】本発明に係る気相成長装置の他の実施形態の部
分説明図である。

【符号の説明】

１ ガス供給装置 ２ａ、２ｂ、２ｃ 反応炉 ３、５０ ガス分配手段 ４ 排気装置 ５ 排気量調整装置 ６ 圧力計 １０、４０ メインライン １１ パージライン １２、４１ 分配ライン １３ ベントライン ２０〜２５ バルブ ３０、５１ 均圧室 ３１ａ〜３１ｃ、３３ａ〜３３ｆ ニードルバルブ ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ マスフローメータ ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ マスフローコントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス供給装置と、前記ガス供給装置から
   供給されるガスを所定の割合に分配するガス分配手段
   と、前記ガス分配手段から供給されるガスが反応して気
   相成長する基板を収納する複数の反応炉を有することを
   特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】 ガス分配手段は均圧室と、前記均圧室の
   ガス流出側に設けた流量調整手段とを有することを特徴
   とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 【請求項３】 ガス分配手段と各反応炉の間に差圧発生
   手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の
   気相成長装置。